CN102016231A - 具有推力平衡活塞的涡轮机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种旋转机器(1)、尤其是涡轮机、泵或压缩机，具有至少一个转子(6)和至少一个过程流体(蒸汽3)，它至少部分地包围转子(6)，其中转子(6)具有至少一个平衡活塞(10)，用于影响轴向推力，其中平衡活塞(10)具有至少一个转子(6)的直径变化(21，22，23，24)，其中设有至少一个轴密封(31，32，33)，它使存在第一压力的第一压力室(11)与存在第二压力的第二压力室(12)这样密封，使得至少暂时在第一压力室(11)与第二压力室(12)之间存在压力差并且第一轴密封(31)这样设置在平衡活塞(10)上，使第一直径变化(21)承受第一压力室(11)的压力并且第二直径变化(22)承受第二压力室(12)的压力。为了减少结构空间需求提出，所述平衡活塞(10)包括至少一个具有第三压力的第三压力室(13)并且这样设置第二轴密封(32)，使第三直径变化(23)处于第三压力室(13)的压力下。

Description

具有推力平衡活塞的涡轮机
技术领域
本发明涉及一种旋转机器、尤其是涡轮机、泵或压缩机，具有至少一个转子和至少一个过程流体，它至少部分地包围转子，其中转子具有至少一个平衡活塞，用于影响转子的轴向推力，其中平衡活塞具有至少一个转子直径变化，其中设有至少一个轴密封，它使存在第一压力的第一压力室与存在第二压力的第二压力室这样密封，使得至少暂时在第一压力室与第二压力室之间存在压力差并且第一轴密封这样设置在平衡活塞上，使第一直径变化承受第一压力室的压力，并且第二直径变化承受第二压力室的压力。
背景技术
旋转机器上的平衡活塞尤其在蒸汽涡轮机中属于常见的零部件。通常过程流体沿着膨胀或压缩路径在转子的至少部分轴向上建立压力或取消压力，其中转子本身或与其连接的部件在直径变化的部位、例如轴肩分别承受不同施加的压力。在此旋转的叶片列与在圆周方向上连续的轴肩一样产生轴向推力，所述部件传递推力作为轴向力到转子。为了可以在这些运行条件下以有意义的参数设计轴向轴承，需要通过相应的反作用力在另一位置补偿这个作用力。为此蒸汽涡轮机例如在目前的结构形式中通常具有称为平衡活塞的轴肩，它在其径向向外指向的圆周面上配有轴密封，它通常由迷宫密封构成，该轴密封在构成压差的条件下使第一压力室与第二压力室分开。结果是，在平衡活塞的轴向一侧上施加与轴向另一侧上不同的压力，由此在相应地设计转子的直径和室压时可以以轴向力加载，该轴向力平衡除了通过轴向轴承支撑的残余以外的其它轴向推力，由此使轴向轴承只承受微小的负荷并且转子总是在轴向确定的位置通过保留的剩余力顶压。
必要时可以基于各工作点这样在压力室中建立压力调节，使得总是构成所期望的剩余推力。
通常只有当平衡活塞上的压力具有特别高的压差或者平衡活塞直径设计得非常大的时候，才能够实现所述的平衡效应。在特别高的压差时位于平衡活塞上的轴密封需要足够大的轴向结构空间，用于实现所需的密封效果。大直径和大的轴向结构空间都一方面引起不期望的振动形式的转子动态效应，另一方面由于不仅对于转子而且对于周围的部件、尤其对于外壳的附加材料需求引起高成本。此外对于太大尺寸的结构部件的安装、运输和库存的后续成本也是显著的。
发明内容
因此本发明的目的是，这样改进具有上述形式的平衡活塞的旋转机器，以相同的推力补偿只需要减小的结构空间。
为了实现这个目的按照本发明建议一种具有在权利要求1中所述特征的旋转机器。相关的从属权利要求包括本发明的有利改进方案。
具有多个室(它们分别通过轴密封在形成压差的条件下相互分开并且所述室由转子的至少一个直径变化限制)的平衡活塞的结构能够减小平衡活塞的直径而不降低推力平衡水平。通过按照本发明的平衡活塞的多级结构(如果平衡活塞的分级由轴密封、具有确定压力的室和限制这个室的转子直径变化形成的结构来确定)也可以使每级平衡活塞所需的压力选择得更低，由此降低对相应轴密封的要求并且可以使轴密封可能以更小的轴向尺寸构成。
本发明的一种特别有利的改进方案规定，所述平衡活塞由转子上的直接顺序的直径变化构成，它标明地在转子的纵向延展上以下面的顺序构成：
-第一直径扩大，
-第一直径减小，
-第二直径扩大，
-第二直径减小，
-其中
-在第一直径扩大与第一直径减小之间，
-在第一直径减小与第二直径扩大之间，
-在第二直径扩大与第二直径减小之间，
分别在相应竖立的壁与转子之间设有轴密封，由此
-第一压力室具有第一直径扩大作为边界壁，
-第二压力室具有第一直径减小作为边界壁，
-第三压力室具有第二直径扩大作为边界壁，
-第四压力室具有第二直径减小作为边界壁。
关于直接顺序(直接性)指的是没有中间布置其它模块、例如叶片列区段。
如果将由压力室、直径变化(它是压力室的边界壁)和轴密封形成的结构理解为平衡活塞的级，则这个有利的改进方案是四级结构，它在各级具有相同的最大和最小直径的情况下，可以具有是常见的平衡活塞的双倍的推力平衡水平。
按照本发明的结构根据要被平衡的压差也可以具有多于四个上面定义的级，例如5级、6级或更多。
为了按照本发明使平衡活塞在每级高的压差时也无需大的轴向结构空间，适宜的是，使压力室之间轴密封分别由刷密封或滑环密封构成。这些密封形式与常见的迷宫密封相比具有更好的密封效果，由此通过更小的轴向延伸可以减小高的压差并因此使按照本发明的平衡活塞不仅在径向而且在轴向只具有微小的结构空间需求。
特别有意义的是压力通道通到各压力室的结构，由此通过调整压力室中的确定压力能够建立用于平衡所需的压差。
为了能够使推力平衡适配于不同的运行条件，附加地可以有意义地在至少一个压力通道中设有至少一个调整机构或阀门，利用它可以调节连接的压力室中的压力。由于在压力室的相应的轴密封上的持久泄漏该调整机构能够实现动态的压力调节，它优选根据各工作点由中央控制器控制。
在加工中由于本发明得到特别节省的优点，如果至少两个轴密封结构相同地在平衡活塞上构成。此外按照本发明的平衡活塞的分级结构能够充分利用结构相同的用于不同的涡轮机的轴密封，尤其当平衡活塞级数的变化在其推力平衡的差值中正好对应于相应的旋转机器类型的推力差的时候。
附图说明
下面借助于附图中所示的特殊实施例详细描述本发明。本发明不局限于这个特殊的结构，而是对于专业人员除了示例以外得到其它结构变化，它们同样利用本发明。附图中：
图1示出蒸汽涡轮机作为按照本发明的旋转机器的示例，
图2示出图1的细节X，具有常见的平衡活塞结构，
图3示出图1的细节X，具有按照本发明的平衡活塞结构，
图4以示意图示出具有不同直径和平衡活塞的常见结构的转子，
图5以示意图示出具有平衡活塞和不同直径的按照本发明的转子。
具体实施方式
图1示出旋转机器，即蒸汽涡轮机2，在其中馈入的新鲜蒸汽3在通流叶片列4时在排流部位80膨胀成低压的蒸汽5。在转子6上固定工作叶片列7，由于蒸汽膨胀使转子承受轴向推力8。轴向推力8部分地支撑在轴向轴承9上。
为了减小作用于轴向轴承9上的轴向力设有平衡活塞10，它由转子6上的轴肩构成。
图2和3示出细节X，具有常见结构形式和按照本发明结构的平衡活塞10。
在图2中所示的常见结构形式的平衡活塞10在转子6的轴向上从左向右标明地具有第一压力室11、第一直径变化21、第一轴密封31、具有第二直径变化22的第二压力室12。轴迷宫密封82轴向位于这个所述结构的前面，利用它使第一压力室11向着大气51密封。另一轴迷宫密封52轴向位于以平衡活塞10描述的结构或这个结构的指向涡轮机内部的端部侧面的后面，利用该轴迷宫密封53使第二压力室12向着流入部位54密封。这个轴迷宫密封可以配属于平衡活塞10。在第二压力室22中存在的压力高于在第一压力室11中的压力，由此使由平衡活塞的力平衡得到的推力抵抗叶片列4的推力。
图3示出按照图2的结构或者说图1的细节X，具有按照本发明的平衡活塞10结构。在此平衡活塞10通过四个压力室11，12，13，14构成，它们分别具有用于相互分开的轴密封31，32，33并且由转子6的至少一个直径变化21，22，23，24部分地限制。
所述轴密封31，32，33由刷密封构成，由此对于与常见的结构形式(图2)等同的在压力室11，12，13，14之间的压差只使用微小轴向结构空间。第二压力室12和第三压力室13通过压力通道42，43处于连接，因此第二压力室12具有比第三压力室13更高的压力。现在在第一压力室11和在第三压力室13中存在的压力以及在第二压力室12和在第四压力室14中存在的压力是相同的。由于轴密封31-33的泄漏分别得到按照所示箭头61-66的由于各个压力室之间的压力差从压力通道42，43馈入的流动。
图4和5示出位于转子6上的直径与压力室11-14中的不同压力相结合与轴密封31-33的共同作用。在图4中第一压力室11通过压力通道71与排流部位连接，并且第二压力室12利用压力通道72与叶片列4中的更高压力水平连接。
图5示出，附加地对于第一压力室11和第二压力室12，使第三压力室13和第四压力室14同样与排流部位80或叶片列4的压力水平连接，并且通过这种方式可以达到推力补偿的双重效果。因为否则在相同的蒸汽涡轮机2结构中，平衡活塞10的直径在按照本发明的按照图5的结构中将更小。
可以选择在压力通道71中设有调整机构100或阀门，利用它使压力室12，13，14中的压力可以适配于实际的运行条件。调整机构由中央控制器101控制。

Claims (8)

1.一种旋转机器(1)，尤其是涡轮机、泵或压缩机，其具有至少一个转子(6)和至少一个过程流体(蒸汽3)，所述过程流体至少部分地包围转子(6)，其中转子(6)具有至少一个平衡活塞(10)，用于影响轴向推力，其中平衡活塞(10)具有所述转子(6)的至少一个直径变化(21，22，23，24)，其中设有至少一个轴密封(31，32，33)，它使存在第一压力的第一室(11)与存在第二压力的第二压力室(12)这样密封，使得至少暂时在第一和第二压力室(11，12)之间存在压力差，并且第一轴密封(31)这样设置在平衡活塞(10)上，使第一直径变化(21)承受第一压力室(11)的压力，并且第二直径变化(22)承受第二压力室(12)的压力，其特征在于，所述平衡活塞(10)包括至少一个具有第三压力的第三压力室(13)，并且这样设置第二轴密封(32)，使第三直径变化(23)承受第三压力室(13)的压力。
2.如权利要求1所述的旋转机器(1)，其中所述平衡活塞(10)构造成在转子(6)上的直接顺序的直径变化(21-24)，其在转子(6)的纵向延展上以下面的顺序构成：
-第一直径扩大(直径变化11)，
-第一直径减小(直径变化12)，
-第二直径扩大(直径变化13)，
-第二直径减小(直径变化14)，
其中
-在第一直径扩大与第一直径减小之间，
-在第一直径减小与第二直径扩大之间，
-在第二直径扩大与第二直径减小之间，
分别在相应竖立的壁与转子(6)之间设有轴密封(31-33)，由此
-第一压力室(11)具有第一直径扩大作为边界壁，
-第二压力室(12)具有第一直径减小作为边界壁，
-第三压力室(13)具有第二直径扩大作为边界壁
-第四压力室(14)具有第二直径减小作为边界壁。
3.如权利要求1或2所述的旋转机器(1)，其中至少一个位于平衡活塞(10)上的轴密封(31-33)由刷密封构成。
4.如权利要求1或2所述的旋转机器(1)，其中至少一个位于平衡活塞(10)上的轴密封(31-33)由滑环密封构成。
5.如权利要求1、2、3或4所述的旋转机器(1)，其中设有通到压力室(11，12，13，14)的压力通道(42，43，71，72)。
6.如权利要求1至5中至少一项所述的旋转机器(1)，其中在至少一个压力通道(71，72)中设有至少一个调整机构(100)，利用它可以调节所连接的压力室(11-14)中的压力。
7.如权利要求1至6中至少一项所述的旋转机器(1)，其中至少两个轴密封(31-33)结构相同地构成。
8.如上述权利要求中至少一项所述的旋转机器(1)，其中所述平衡活塞(10)还包括由压力室(11-14)、直径变化(21-24)和轴密封(31-33)构成的另一结构，其直接轴向顺序邻接另外的结构。
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